Charakterystyka wymieniaczy jonowych oraz 2, Studia, Jakość, OTŻ, OTŻ, Charakterystyka wymieniaczy jonowych

ĆWICZENIE NR 10

TEMAT : Charakterystyka wymieniaczy jonowych oraz ich zastosowanie w przemyśle

spożywczym

Cel ćwiczenia : Ocena właściwości jonitu Wofatit KPS, polegająca na oznaczaniu zawartości wody, określeniu ciężaru nasypowego, stopnia pęcznienia, oraz zdolności wymiennej statycznej, dynamicznej i do momentu przebicia. Ocena przydatności wymieniaczy jonowych do odmineralizowania soków owocowych.

Zadania do wykonania :

-określenie zawartości wody w jonitach

-określenie ciężaru nasypowego

-określenie stopnia pęcznienia jonitu

-oznaczanie całkowitej zdolności wymiennej oraz do punktu przebicia

TABELA NR 1

zawartość wody w jonicie			ciężar nasypowy		stopień pęcznienia jonitu
masa naczyńka	masa naczyńka z jonitem		objętość	masa	V₂	V₁
[ g ]	przed suszeniem [ g ]	po suszeniu [ g ]	[cm³ ]	[ g ]	[ cm³ ]	[ cm ³ ]
22,990	28,015	27,460	21	20,060	21	40

OKREŚLENIE STOPNIA PĘCZNIENIA :

OKREŚLANIE ZAWARTOŚCI WODY W JONICIE :

a - masa naczyńka wagowego

b - masa naczyńka wagowego z kationitem przed suszeniem

c - masa naczyńka wagowego z kationitem po suszeniu

a = 22,990 g

b = 28,015g

c = 27,460 g

OKREŚLENIE CIĘŻARU NASYPOWEGO :

m - masa kationitu m = 20,060 g

v - objętość po wstrząsaniu v = 21 cm³

TABELA POMIARÓW

DŁUGOŚĆ ZŁOŻA JONITU [CM ]

STĘŻENIE JONÓW Ca W SOKU

[cm ] wersenianu

NUMER PRÓBY

Ilość cm 0.05m. wersenianu

zużyta do zmiareczkowania 10 cm próby

Ilość cm NaCl zużyta na regenerację złoża

Ilość cm H₂ O destyl. Zużyta do płukania złoża

Objętość 0.05M EDTA odp. ilości Ca zatrzymanego na kolumnie [cm ]

21,5

25,0

0,3

0.2

0.25

1.1

2.7

3.15

5.2

7.8

12.9

13.9

16.5

17.9

21.6

22.1

22.75

23.4

23.8

1000

400

23.8

17.3

10.5

5.5

4.65

3.6

2.6

2.35

1.7

1.4

1.05

1.0

0.9

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

- MASA SUCHEGO KATIONITU ZNAJDUJĄCA SIĘ W KOLUMNIE

h = 18.2 cm

d = 1.5 cm

- UWZGLĘDNIAMY PĘCZNIENIE ( 182.5 cm )

182.5 cm - 100 cm

32.15 cm - X

-----------------------

X = 17.62 cm objętość kationitu w kolumnie

- UWZGLĘDNIAMY CIĘŻAR NASYPOWY (0.88 )

1 cm - 0.88 g

100 cm - X

----------------------

X = 88 g

100 cm - 88g

17.62 cm - X

----------------------

X = 15.51 g

- UWZGLĘDNIAMY ZAWARTOŚĆ WODY ( 14.8 )

15.51 g - 100 %

X - 14.8 %

----------------------

X = 2.30 g

ILOŚĆ SUCHEGO JONITU:

15.51 g - 2.30 g =13.21 g

- OBLICZENIE DYNAMICZNEJ ZDOLNOŚCI WYMIENNEJ JONITU DO PUNKTU

PRZEBICIA :

Do uzyskania punktu przebicia zużyto 100 cm 0.1M roztworu CaCl .Tej ilości jonów Ca

zatrzymanych na kolumnie odpowiada równoważna objętość 238 cm 0.05M EDTA Na.

1 cm 0.05 M EDTA Na - 2.004 mg Ca

238 cm 0.05 M EDTA Na - X

-------------------------------------------------

X = 476.95 mg Ca

1 mval - 20.04 mg Ca

X - 476,95 mg Ca

-------------------------------------------------

X = 23,8 mval

23,8 mval - 13.21 g jonitu

X - 1 g jonitu

-------------------------------------------------

X = 1,802 mval / g jonitu

- OBLICZENIE DYNAMICZNEJ ZDOLNOŚCI WYMIENNEJ CAŁKOWITEJ

1 cm 0.05 M EDTA Na - 2.004 mg Ca

292,85 cm 0.05 M EDTA Na - X

-------------------------------------------------

X = 586.87 mg Ca

1 mval - 20.04 mg Ca

X - 586.97 mg Ca

-------------------------------------------------

X = 29.285 mval Ca

29.285 mval - 13.21 g

X - 1 g

-------------------------------------------------

X = 2.217 mval /g

WNIOSKI :

1. Doświadczenie było wykonywane na wymieniaczu jonowym WOFATIT KPS - MB.

Jest to kationit polimeryzacyjny o charakterze silnie kwaśnym, o granulacji od 0.3-1.2mm .

Jego szkielet stanowi polimerowy ,nierozpuszczalny makroamin połączony z grupami sulfonowymi ,

zawierający czynne kationy wodorowe.

Wofatit KPS charakteryzuje się małym stopniem pęcznienia ,co jest związane ze znaczną zawartością

czynnika sieciującego ( dwuwinylobenzenu) , ale charakteryzuje się on również znaczną zdolnością do

absorpcji wychwytywanych jonów .

Może być stosowany przy pH 0 - 14 i temperaturze maksymalnej 115 .

2. Wymiana jonowa może zachodzić w warunkach statycznych i dynamicznych.

Wymiana w warunkach statycznych polega na wstrząsaniu roztworu z jonitem aż do momentu

ustalenia równowagi stężeń wymienianego jonu w roztworze i w fazie jonitu.

Zawartość wody w jonicie wynosi 14,8 % co jest wartością stosunkowo niewielką w porównaniu z

danymi tablicowymi , które wynoszą 40 - 60 %.

W doświadczeniu wykonywaliśmy wymianę jonową dynamiczną ,przepływ roztworu przez kolumnę.

danych literaturowych dla kationów całkowita zdolność wymienna waha się w granicach

1.4 - 4.0 mval / g jonitu.

Wymiana w warunkach dynamicznych , którą przeprowadzaliśmy na zajęciach zachodzi podczas

przepływu roztworu przez kolumnę wypełnioną jonitem.

Zdolność wymienna jonitów jest miarą ilości grup jonowymiennych zawartych w jonicie.

Dynamiczna zdolność wymienna jest to ilość jonów elektrolitu wyrażona w [ mval / cm ] lub [ mval / g

badanej żywicy do momentu utraty zdolności wymiennych lub przy określaniu zdolności wymiennej do

momentu przebicia - do momentu wycieku z kolumny badanego jonu.

Dla kationitów Wofatit KPS całkowita zdolność wymienna waha się w granicach 1.4 - 4.0 mval/g

jonitu, a zdolność wymienna robocza jest zawsze mniejsza od całkowitej .

W przeprowadzonym pomiarze całkowita zdolność wymienna wyniosła 2.217 mval/g, a zdolność do

momentu przebicia 1.802 mval /g co jest zgodne z normami.

3. Na regenerację kationitu zużyliśmy 1000 cm 10 % roztworu NaCl , czyli na 1 cm suche

kationitu w kolumnie przypada 31.1 cm.

Jest to prawidłowe , bowiem na regenerację konieczny jest duży nadmiar CaCl , gdyż dwuwartościowe

jony wapniowe są mocniej związane z kationitem, niż jednowartościowe jony sodowe.

Wadą procesu jest tworzenie mocno zasolonych przesączów ,dlatego też po procesie regeneracji

należy kolumnę przepłukać wodą destylowaną do zaniku reakcji na chlorki.

Tak duże zużycie spowodowane mogło być częstym przeprowadzaniem pomiarów na jonitach zbyt

krótkim czasie regeneracji.

5. Jonity znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym:

- w cukrownictwie do demineralizacji soków cukrowniczych

- do odwapniania i odsalania wywarów

- do odmineralizowania pożywek do hodowli drożdży i pleśni

- w produkcji napojów do regulowania kwasowości i zawartości soli mineralnych

- do usuwania z soków i mleka substancji szkodliwych ,kwasów organicznych i barwników

- do zmiękczania wody

6 . Wszelkie nieprawidłowości i duże odchylenia, niedokładności wyników mogą być również

spowodowane niedokładnością wykonywanych pomiarów.